المجتمعات الميكروبية في الطبيعة ومختبر -- مقابلة

اسمي إد ديلونج ، وأنا أستاذ في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا. لدي موعد مزدوج في الواقع في الهندسة المدنية والبيئية والهندسة البيولوجية ، والذي قد يبدو مزيجا غير عادي لأنني أضع قدمي حقا في مكانين مختلفين. يتعلق أحد جوانب بحثنا بالبيئة وتحديدا بالكائنات الحية الدقيقة ، وكيف تؤثر على البيئة ، وكيف تؤثر البيئة عليها ، وهذا هو الجزء المدني والبيئي ، والجزء البيئي من برنامجنا.

الشيء الآخر الذي ندرسه يجب أن يتعلق أكثر بالهندسة البيولوجية. ما الذي يجعل الميكروبات تدق؟ كيف يتم تجميعها معا؟

كيف تعمل الأجزاء المختلفة التي تتكون منها ميكروبات أو مجتمعات ميكروبية معا في تآزر؟ لذا فإن نوع التحالف بين هذين المجالين يعمل بشكل جيد. خلفيتي المحددة هي في علم الأحياء الدقيقة بشكل عام ، ممزوجة قليلا بعلم المحيطات.

أنا ، حصلت على شهادتي في علم الجراثيم من جامعة كاليفورنيا في ديفيس ، درجة البكالوريوس. ثم حصلت على درجة الدكتوراه من معهد سكريبس لعلوم المحيطات. درجة الدكتوراه الخاصة بي ، في الواقع علم الأحياء البحرية ، إذا كنت تستطيع تصديق ذلك.

وها أنا في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا. كيف حدث ذلك؟ يتغير مجال علم الأحياء الدقيقة بسرعة كبيرة.

وأحد التأثيرات ، التأثيرات الكبيرة على ما نفهمه عن الميكروبات الآن هو حقا التقدم التكنولوجي في مجال علم الجينوم. عادة ما يصعب التعرف على الميكروبات ، إذا نظرت إليها تحت المجهر. هناك بعض الأشكال والأحجام المختلفة ، لكنها لا تخبرك كثيرا عن هوية هذا الكائن الحي أو ما يفعله.

وهكذا عادة، علماء الأحياء الدقيقة، كانوا ينزلون إلى حد كبير للنظر إلى الميكروبات في المختبر، والتي كانت قوية بشكل لا يصدق. إنه نوع من نمو علم الأحياء الدقيقة الطبي. لذلك يمكنك عزل ميكروب عن البيئة ، تماما كما يمكنك عزل مادة كيميائية.

وبمجرد أن يكون لديك هذا الميكروب النقي ، تلك الأنواع الميكروبية النقية التي يمكنك التعرف عليها ، ونمطها الظاهري ، وخصائصه ، والسمات المختلفة التي تسمح له بالعمل في البيئة ، وما إلى ذلك. هناك مشكلتان في ذلك ، فيما يتعلق بفهم العالم الميكروبي الكامل. وهذا هو أن الميكروبات في المختبر لا تتصرف دائما بنفس الطريقة التي قد تتصرف بها في البيئة.

والمشكلة الأخرى ، وهي أكبر ، هي أن الأنواع الميكروبية ، في الجزء الأكبر منها ، يصعب تدجينها. عادة ما تمثل حدائق الميكروبية التي لدينا في المختبر ربما 0.1٪ فقط مما هو موجود في الطبيعة. لذلك هناك مكون كبير من العالم الميكروبي لم نتمكن ببساطة من زراعته في المختبر حتى الآن ، وبالتالي فإننا لا نفهمه.

ومع ذلك ، فإن هذا يمثل النسبة الهائلة من الكتلة الحيوية في الطبيعة. وهناك العديد من الأسباب التي تجعل ذلك مهما. لكن أحد أهمها هو أن الميكروبات هي محركات تحولات الطاقة والمادة في الطبيعة.

لذا ، فإن تدفقات أشياء مثل غازات الدفيئة للطاقة من خلال النظم البيئية التي هي هائلة في التناسب مع بعض هذه الغازات التي نتحدث عنها. يتم التوسط في تدفقات الجيجاتون على أساس سنوي بواسطة الأنواع الميكروبية بطريقة موزعة ، على الرغم من أنها صغيرة جدا. إنها قوة الأرقام والطبيعة الموزعة للعالم الميكروبي في جميع أنحاء كوكبنا التي تحرك الكثير من الكتلة والطاقة.

وهذا نوع واحد من الأسباب المقنعة لفهم الميكروبات على أرضها الخاصة ، وفهمها في الطبيعة. حسنا ، بمجرد ظهور علم الجينوم في المقدمة ، أصبح تسلسل الجينومات الميكروبية الكاملة أسهل وأسهل وأرخص وأرخص. وبالطبع ، بدأ هذا يحدث في منتصف التسعينيات تقريبا.

وبمجرد أن بدأ ذلك يحدث ، أدرك الناس أنه يمكن للمرء أن يستخدم نفس التقنيات للتعرف على خصائص الجينوم ، الميكروبات في البيئة الطبيعية دون الحاجة إلى زراعتها. وهذا النوع من هو فرع من الدراسات السابقة التي أجراها مشاكل كارل حقا والسرعة المعيارية. وفي منتصف الثمانينيات ، أدركت نورم بيس أنه ، مهلا ، يمكنني التعرف على الميكروبات دون الحاجة إلى زراعتها.

والطريقة التي تم بها ذلك هي الذهاب إلى أي موطن ميكروبي وعزل الكتلة الحيوية ، ثم استخراج إما DDNA أو الحمض النووي الريبي من ذلك ومن تلك الأحماض النووية. يمكن للمرء ، على سبيل المثال ، تسلسل الجزيئات الإعلامية تصنيفيا مثل الحمض النووي الريبي الريبوسومي. لذلك ستحصل على قائمة بالحمض النووي الريبي الريبوسومي المختلف.

إنها تشبه الرموز الشريطية لأنواع تصنيفية معينة. ويمكنك تحديد أنواع الميكروبات في أي موطن معين. حدود هذا النهج هي كل ما لديك هو جين RN.

يخبرك من هو الصغير ، لكنه لا يخبرك بالضبط بما يفعلونه. والآن مع تطبيق علم الجينوم، يمكنك أن تخطو خطوة إلى الأمام، يمكنك عزل الأحماض النووية من أي موطن ميكروبي تقريبا تفكر فيه، وباستخدام مجموعة متنوعة من التقنيات. اعزل إما أجزاء الجينوم الكبيرة ، وهي بعض البروتوكولات التجريبية التي سنعرضها لك اليوم.

أو يمكنك تفجير هذا الحمض النووي إلى قطع صغيرة والقيام بتسلسل البندقية. وأسهل طريقة للتفكير في ذلك هي أنك تحصل على قائمة أجزاء من مكونات جميع الميكروبات التي تشكل هذا المجتمع. وهذه قائمة أجزاء لم نتمكن من الوصول إليها من قبل.

لذا من قائمة الأجزاء هذه ، يمكننا نوعا ما تفكيك ما يتكون منه الميكروبات الموجودة هناك ، وما هي بعض وظائفها المحتملة. وما نفعله في نهاية المطاف هو توليد فرضيات يمكننا بعد ذلك الذهاب واختبارها باستخدام الوسائل الكيميائية الحيوية. تعني الفسيولوجية العودة إلى البيئة وتتبع الجينات في المكان والزمان.

وهذا المجال بأكمله الذي تطور، والذي يدمج الجينوم مع الأساليب البيئية يشار إليه الآن باسم علم الجينوم أو علم الجينوم البيئي. وما يجده المرء اليوم هو أن هذه الأنواع من الأساليب تحدث في، في العديد من الموائل المختلفة، في التربة، في نوع من البيئات الزراعية في المحيط. واحدة من أكبر الدراسات من هذا النوع تم إجراؤها بواسطة Craig Venter في بحر Sargasso ، والأهم أيضا من ذلك ، الميكروبيوم البشري.

قد لا يدرك معظم الناس ذلك ، ولكن ترتبط بجسم الإنسان خلايا ميكروبية أكثر من الخلايا البشرية. هناك حوالي 10 إلى 14 ميكروبات و 10 فقط إلى 13 منا. لذا فإن ما أحب أن أقوله أحيانا هو أن الله يجب أن يكون لديه ولع مفرط بالميكروبات لأن هناك الكثير منها أكثر منا.

لكن هذه المفاهيم مهمة حقا. فكر فينا. نحن لسنا وحدنا أبدا.

لدينا دائما مجتمع ميكروبي معنا ربما يكون له العديد من الوظائف المختلفة. هناك أدلة الآن على أنه في الواقع ، مع بعض الاضطرابات مثل السمنة ، قد يكون للمكون الميكروبي تأثير كبير على النمط الظاهري البشري بشكل أساسي ومقدار الطاقة التي نستخرجها من مصادر الغذاء أم لا. لذلك نحن نظام حي لا يتكون منا فحسب ، بل من التكافل ، إذا صح التعبير ، الذي نحمله معنا.

ما تسمح لنا هذه الأساليب الجديدة باستخدام علم الجينوم بالقيام به هو البدء في تشريح تلك الأجزاء من العالم البيولوجي التي لم نتمكن من النظر إليها من قبل. وهنا تكمن قوتهم. ما يحدث في هذا المجال الآن هو أكثر من مجرد جمع قائمة أجزاء ، ولكنه في الحقيقة يصل إلى فكرة أن هناك ديناميكية حقيقية تحدث.

في البداية عندما بدأ تسلسل الجينومات ، بالطبع ، تسلسل جينوم واحد ، في الحقيقة ككيان فريد ، لديك سلالة منقاة من ميكروب ، وله جينوم ، ويمكنك تحديد ، على سبيل المثال 2 مليون قاعدة ، زوج أساسي يتكون منه هذا الجينوم. ويبدو وكأنه كيان ثابت وثابت للغاية. ما نجده ، عندما نذهب وننظر إلى الطبيعة ، هو أنه نادرا ما يكون هناك شيء مثل سلالة واحدة من الميكروب.

عندما تنظر إلى هذه المجموعات الميكروبية الطبيعية ، ما تجده هو أن هناك موضوعا ، موضوع جينومي يتم تجميع الأنواع حوله ، إذا صح التعبير. ولكن في أي مجموعة سكانية معينة ، هناك العديد والعديد من المتغيرات ، والعديد من الاختلافات في هذا الموضوع ، والعديد من السلالات. وما بدأنا نراه هو أن الجينومات ليست كيانات ثابتة حقا ، لكنها تتغير باستمرار.

إنهم ديناميكيون. وفي الواقع ، يفعلون ذلك في السكان. ولذا يمكنك أن تتخيل أنه نظرا لوجود اختلافات طفيفة في البيئة قد يكون لها علاقة بالمغذيات أو ملوحة درجة الحرارة ، فإن نسبة معينة من تلك المتغيرات في السكان يمكن أن تستجيب لهذا التغيير البيئي بشكل أفضل قليلا.

وهناك تحول مستمر ، لكنهم مرة أخرى يتغيرون أيضا. وهكذا يتم توفير التباين باستمرار من خلال الانجراف المحايد ثم يتصرف بناء عليه عن طريق الانتقاء. وهذا يعطي المرء وجهة نظر مختلفة ، رؤية أكثر ديناميكية لماهية الجينوم.

وأكثر من ذلك ، بدلا من أن يكون مثل صورة ثابتة للجينوم ، يشبه الأمر إلى حد كبير النظر إلى صورة متحركة. وأحد الأشياء القوية في بعض الدراسات الجديدة هو أننا بدأنا في الحصول على إطارات التوقف لتجميع الصورة المتحركة لكيفية تطور الجينومات ، وما يعنيه ذلك فيما يتعلق بالنمط الظاهري للكائن الحي واستجابته للبيئة وتأثيره على البيئة أيضا. هذا مثير للغاية حقا لأنه مجال جديد لعلم الوراثة السكانية في علم الأحياء الدقيقة ، على الرغم من أن المرء قد يعتقد أنه سيكون متطورا جيدا في علم الأحياء الدقيقة ، في الحقيقة ليس لأنه لم يكن لدينا طريقة لدراسة علم الوراثة للمجموعات الميكروبية الطبيعية بطريقة مفصلة للغاية.

وهذا عنصر آخر في هذا النوع من البحث ، هو أنه يمكننا الآن الخوض في علم الوراثة السكانية وعلم الجينوم السكاني لمشاهدة الصورة المتحركة. وهذا حقا قوي جدا ، وله العديد من الآثار العملية ، لما نفهمه حول كيفية اكتساب الميكروبات للوظائف ، وكيف تنتشر الوظائف والخصائص عبر المجتمعات. وأحد الأشياء المدهشة بالنسبة لنا هو أنه يغير قليلا مفهومك عن كيف ، كيف يمكن أن تتحرك الخصائص الظاهرية ، وكيف يمكن أن تنتقل الخصائص الوظيفية بين الكائنات الحية الدقيقة في علم الأحياء ، بالطبع بيولوجيا الكائنات الجنسية ، نفكر عادة في السمات التي تنتقل من الأم إلى الابنة وما إلى ذلك.

وهذه هي الطريقة التي تنتشر بها الخصائص البيولوجية عبر هذا النوع من الانتقال الوراثي الجيني. العالم الميكروبي له ديناميكية مختلفة ، وبدأنا نرى أنه في بعض هذه المسوحات الميتاجينومية ، والتي يجب أن تتعلق بما يسمى النقل الجانبي بحيث يتم تمرير الجينات أو الآرونات الكاملة من كائنات مختلفة جدا ومن خلال عملية نقل الحمض النووي ، وإذا تم التعبير عن هذا الحمض النووي في الكائن الحي المتلقي وله قيمة انتقائية إيجابية ، ثم يمكن أن يبدأ في الانتشار بين العديد من الكائنات الحية المختلفة. وقد رأينا هذا مؤخرا باستخدام أنواع التقنيات التي ننظر إليها ، ونحن ننظر إليها في المختبر ، كيف يعمل ذلك هو أننا قادرون على عزل شظايا الجينوم الكبيرة جدا من التجمعات الميكروبية.

ونحن نفعل ذلك في نقاط مختلفة من الزمان والمكان. في هذه الحالة، ما تمكنا من القيام به هو عزل أجزاء كبيرة من الجينومات على طول تدرج الطاقة، تدرج الضوء الذي يخترق المحيط. وهذا تدرج محدد جيدا في الأماكن التي ندرسها في المحيط المفتوح.

منطقة pho هي في الواقع عميقة جدا. يمتد على طول الطريق إلى 200 متر تحت سطح البحر وسطح البحر. و, لكن الطاقة بالطبع تتغير في الجودة والكمية.

عندما يخفف الضوء ، يصبح أكثر زرقة وأكثر زرقة كلما تعمقت بحيث لا يوجد سوى نطاق أضيق من الأطوال الموجية المتاحة للكائنات الحية التي تعيش بعمق. وطاقة الضوء أقل أيضا. لذلك يمكن للمرء أن يبدأ في النظر في كيفية تكيف الكائنات الحية التي تستخدم الضوء وتغييرها على طول وظيفة تدرج الطاقة ، وجودة الضوء المختلفة وكميتها.

الشيء المثير للاهتمام هو أنه يمكنك تتبع جينات معينة وأنواع الكائنات الحية الدقيقة المرتبطة بهذه التدرجات الضوئية. ولاختصار القصة الطويلة ، ما وجدناه هو أن بعض الجينات المعينة المشاركة في حصاد الطاقة الضوئية التي تسمى دوسين القضيب ، من السهل جدا التعبير عنها وطلبها. عدد قليل جدا من الجينات تصنع نظام الصور الذي قفزوا فيه بين جميع أنواع الميكروبات المختلفة.

والسبب في أننا نستطيع أن نقول ذلك هو أننا عزلنا شظايا الجينوم من مجموعات مختلفة تماما عن البكتيريا في ArcHa. ونجد نفس نظام الصور بخصائص متطابقة تقريبا. حتى تتمكن من تتبع هذه الأجزاء من الجينات الوظيفية أثناء تحركها بين الكائنات الحية في البيئة.

لا يقتصر الأمر على رسم خرائط الجينات على الكائنات الحية فحسب ، بل يتعلق أيضا برسم خرائط تلك الجينات على طول التدرج البيئي. لذا الشيء الآخر الذي نلاحظه من خلال النظر إلى شظايا الجينوم الكبيرة هذه التي تحتوي على أنظمة الصور هذه هو أنها وفيرة جدا في منطقة الصورة من أعماق حوالي صفر متر إلى 130 مترا. لكنك تنزل إلى قاعدة منطقة الصورة وتحتها مباشرة ، تختفي تلك الجينات.

لقد اختفت على الرغم من وجود نفس الكائنات الحية بشكل أعمق. وما يظهره لنا ذلك هو أنه في غياب الانتقاء ، أي في غياب الضوء ، الذي يسمح لهذه الجينات بالعمل ، فإنها تضيع بين جميع أنواع الكائنات الحية المختلفة كدالة للعمق. لذا فإن السبب في أن هذا مثير للاهتمام ، حسنا ، أولا وقبل كل شيء ، يخبرنا عن آلية معينة لتوليد الطاقة تستخدم الضوء ، وأين هو في البيئة وكيف يتم توزيعه بين الكائنات الحية والديناميكية التي تحركها.

لكنها أيضا مثيرة للاهتمام بشكل عام ، طريقة جديدة للتفكير في كيفية رسم خريطة للجينات والجينومات ، ليس فقط على الكائنات الحية ، ولكن أين تحدث هذه الكائنات في الزمان والمكان وأين تحدث هذه الجينات في الزمان والمكان وأين يكون التقاطع. لقد بدأنا للتو في تعلم كيفية القيام بذلك. كان هذا مثالا على مجموعة واحدة فقط من الجينات.

لكن يمكنك أن تسأل السؤال العام ، حسنا ، كم عدد فئات هذه الجينات العالمية التي تحب التحرك كثيرا ، موجودة ، لا نعرف الإجابة على هذا السؤال في أي موطن معين ومدى شيوع ذلك ، ما هي آليات تحريك تلك الجينات. هل هو الحمض النووي الحر في البيئة؟ هل هو الفيروس الذي ينشر الجينات من كائن حي إلى آخر؟

هذه كلها أشياء غير معروفة إلى حد كبير ، ولكن يمكن الوصول إليها الآن باستخدام هذه الأنواع من التقنيات ، لرسم خرائط الجينات على الكائنات الحية التي تحدث بشكل طبيعي ، ورسم خرائط تلك الكائنات الحية على البيئة وفهم تنوعها. لذا فهو حقا وقت جديد لعلم الأحياء الدقيقة ولدينا وصول جديد للنظر إلى الصورة المتحركة للديناميكيات الجينومية في البيئة ، وهذا يضعنا حقا في وضع جديد لفهم أفضل لكيفية عمل العالم الميكروبي حقا في الطبيعة. أحد التحديات بالطبع ، وهذا تحد لكل من العلوم البيئية ، وأود أن أقول إن العلوم الطبية الحيوية أيضا ، هو التقاط جميع أنواع البيانات الصحيحة.

وفي هذه الحالة أشير إلى البيانات الوصفية ، والبيانات الوصفية بالطبع هي بيانات حول البيانات. إذا فكرت في المثال الذي قدمته في المحيط ، فهناك عدد من الأشياء التي تريد معرفتها. تريد أن تعرف ما هو الإشعاع الطيفي، وكيف، وكيف، وما هو تدفق الفوتون، وما هي الأطوال الموجية للضوء القادم، وما هي درجة حرارة تلك المياه، والملوحة، والضغط، لأن كل من هذه المتغيرات له عواقب مهمة فيما يتعلق بكيفية تطور الكائنات الحية.

لذا إلى جانب الحصول على بيانات حول الجينوم وعن الكائنات الحية ، نحتاج إلى الحصول على بيانات غنية إلى حد ما حول البيئة يمكننا مقارنتها بأوقات أخرى ، أماكن أخرى ، بيانات محققين آخرين. وبينما كان علماء البيئة يعملون مع مجموعات بيانات مثل هذه لفترة طويلة ، فإن هذا الاندماج بين المعلوماتية الحيوية وعلم الجينوم والعلوم البيئية جديد إلى حد ما. وقواعد البيانات كما هي موجودة الآن ليست بالضرورة جاهزة لاستيعاب مثل هذه البيانات.

ولذا هناك القليل من التطور الذي يحدث الآن ، أود أن أقول من النهاية البيئية وبما أنني عالم أحياء بحري ، فإن نهاية علم المحيطات تحاول الحديث مع الأشخاص الذين يقومون بعلم الجينوم والمعلوماتية الحيوية والعكس صحيح. أستطيع أن أعطيك مثالا واحدا. أنا منخرط في مركز العلوم والتكنولوجيا التابع ل NSF يسمى مركز أبحاث وتعليم علوم المحيطات الميكروبية أو سيمور.

وفي سيمور نحن مهتمون حقا بنوع من التقاط هذه الديناميكية بأكملها ، الاستمرارية من الجينوم إلى المناطق الأحيائية ، كل هذه المستويات المختلفة من التعقيد البيولوجي من الجينوم إلى النسخ ، إلى البروتين ، إلى الخلايا ، إلى السكان ، إلى المجتمعات ، إلى النظم البيئية. هذا كثير من أنواع المعلومات المختلفة. إنه طموح إلى حد ما.

ولذا فإن هذا المشروع، مركز العلوم والتكنولوجيا التابع لمؤسسة NSF، سيمور، يقع مقره في هاواي، ومجموعة من علماء المحيطات، وعلماء الأحياء الدقيقة، وعلماء الأحياء الجزيئية الذين يحاولون الالتقاء معا لمعرفة كيفية توصيف نظام معين بهذه الطريقة. وفي هذه الحالة ، يكون النظام إلى حد كبير هو المحيط العلوي في وسط المحيط الهادئ. سبب مهم للقيام بذلك هو أن هذا يلتقط نوعا واسعا من المكونات البيولوجية التي تغطي عالمنا ، ثلثي كوكبنا بالتعاون ، سيمور يتعاون في الواقع مع مشروع آخر تموله مؤسسة مور يسمى الكاميرا.

ويقود "كاميرا" لاري سمار وكريج فينتر كمكان لالتقاط الكثير من البيانات الجينومية التي تم جمعها في البيئة وتقديمها مع البيانات الشاملة أو البيئية. لذا فإن البيانات البيئية التي تم جمعها في نفس الوقت الذي كانت فيه البيانات الجينومية. لذلك هذا جديد حقا.

لقد بدأت للتو وستتطلب مزيدا من التنسيق والمناقشات حول معايير البيانات ومعايير البيانات الوصفية. وكيف يمكنك إنشاء قاعدة بيانات يمكن أن تحتوي على مثل هذه المعلومات؟ لأنه في الوقت الحالي يركز هذا على المحيط إلى حد كبير مما يعطي المرء تركيزا.

لكن يمكنك أن تتخيل أن الأشخاص الذين يدرسون الميكروبيوم البشري سيحتاجون بالتأكيد إلى أنواع مماثلة من مجموعات البيانات جنبا إلى جنب مع البيانات السريرية والبيانات المتعلقة بالأفراد وما إلى ذلك. إنها مجموعة مختلفة تماما من المشاكل ، ولكن من نواح كثيرة ، إنها نفس النوع من المشكلة في التقاط البيانات الجينومية من مجموعات الميكروبات الطبيعية جنبا إلى جنب مع جميع البيانات الوصفية المرتبطة وذات الصلة حول المكان الذي يعيشون فيه ، وما هي الظروف وما إلى ذلك. الأمل هو ، بالطبع ، أن توجد قواعد بيانات علائقية كبيرة يمكن للمرء أن يطرح أسئلة مثيرة للاهتمام إلى حد ما حول أنواع أو فئات جينية معينة.

يمكنك التفكير في بعض الجينات التي نربطها عادة بكونها مسببة للأمراض مثل حبوب منع الحمل الأولى ، هل هناك حبوب منع الحمل الأولى التي ترتبط دائما بالبيئات السريرية أو المسببة للأمراض ، أو هل هذه الحبوب أكثر انتشارا وتكيفت حقا مع ظروف معينة ، من حيث تكوين مسببات الأمراض وما إلى ذلك. هناك الكثير من الحديث المتبادل الذي يمكن أن يحدث بين مجموعات البيانات هذه من حيث فهم كيفية تطور العالم الميكروبي وكيف يمكن أن تؤدي تكيفات معينة إلى مجموعة أو أخرى من نوع العلاقات البيئية أو أنماط الحياة. هل أنا أعيش حرا؟

هل أنا مرتبط ، هل أنا ممرض للأمراض؟ كل هذه الأشياء مرتبطة. لذا فإن قواعد البيانات العلائقية هذه أثناء نموها ستكون على الأرجح مهمة حقا لكل من التطبيقات العملية وكذلك تطوير النظرية.

وهم ليسوا هناك بعد. أمامهم طريق طويل ليقطعوه في المرة القادمة ، أوه ، أود أن أقول خمس أو 10 سنوات. أعتقد أنه سيكون هناك عدد من التطورات ، بالطبع في سياق الجينوم البشري والطب البشري وعلم الوراثة.

ال, لقد كان الجينوم ألف دولار الكأس المقدسة والتقنيات تتطور بسرعة كبيرة, على الأقل لإعادة التسلسل. بحيث يكون أحد التأثيرات الكبيرة نوعا من خفض الشريط لمجرد الحصول على المعلومات الجينومية. أعني بذلك الاقتصاد فقط.

أرخص بكثير وأسرع بكثير. ومن المحتمل أن تكون هناك أجهزة بحجم ساعة اليد يمكنك تسلسل الجينوم الخاص بك عليها إذا أردت ، في المستقبل غير البعيد. هذا بالتأكيد في نطاق الاحتمالات.

عندما يحدث ذلك ، تتغير اللعبة قليلا. في الوقت الحالي ، يحدث الكثير من التسلسل الجيني في مراكز متخصصة كبيرة جدا بها الكثير من الأشخاص. ما سيحدث مع تسلسل الجينوم ، بالتأكيد ، وهو يحدث الآن ، هو أنه سيصبح أكثر توزيعا.

والشيء المثير للاهتمام في ذلك هو أنه يطرح تحديات جديدة لجمع البيانات ومعايير البيانات ونشر البيانات حيث تصبح المصادر النقطية لتوليد البيانات موزعة أكثر فأكثر. لذلك هذا تحد أنيق. ومرة أخرى ، يتعلق الأمر بقضية قاعدة البيانات بأكملها.

الشيء الآخر الذي بدأ يحدث وسيحدث أكثر هو أننا نفكر عادة في الحصول على البيانات الجينومية كمؤسسة حيث نودع في قاعدة بيانات ، تصبح قاعدة بيانات ثم ننتقل. تسلسل الحمض النووي له في الواقع تطبيقات قوية حقا في العلوم التجريبية. ومع ظهور بعض التقنيات الجديدة في المقدمة ، أعتقد أن ما سنراه هو أن الناس سيجمعون البيانات الجينومية في وضع تجريبي أكثر من مجرد وضع جمع البيانات وترسبها.

ويمكن للمرء أن يتخيل تتبع السكان في البيئة بالنظر إلى التعبير الجيني ، وتراكب أنماط التعبير الجيني على الأنماط البروتينية. كل هذه الأشياء ستحدث. وهكذا ربما سنفكر في تسلسل الجينوم كأداة تجريبية أكثر من كونه طريقة لتنمية قواعد البيانات.

لذا فإن هذه الأنواع من الأشياء كلها في المستقبل القريب ، وبالطبع ، ستكون مركزية بالنسبة لها جميعا هي التقاط البيانات للبنية التحتية الحسابية ، سواء في الأجهزة أو البرامج للتعامل مع كل هذه البيانات لأن الكميات هائلة. وعلاوة على ذلك ، نوع تطور النظرية ، إذا فكرت في النظرية البيولوجية على أنها تنطبق على البيئة على وجه الخصوص ، فإن الكثير منها يعتمد على الكائنات الحية الكبيرة ، والكائنات الحية الكبيرة التي تتكاثر جنسيا ، وفي الواقع بعض قواعد اللعبة وبعض النظرية لا تنطبق بالضرورة على العالم الميكروبي. ولذا أعتقد أنه بالنسبة لعلماء الرياضيات والمنظرين ، هناك قدر هائل من الإمكانات في المستقبل لاستخدام هذه البيانات التي يتم جمعها الآن وستكون في المستقبل ، كنوع من نماذج البيانات ، إذا صح التعبير ، لتطوير نظرية جديدة ونظرية تنبؤية.

وينتهي الأمر بنهاية اللعبة حقا إلى فهم كيفية عمل كوكبنا ، ويرجع ذلك جزئيا إلى أن الهواء الذي نتنفسه ، تدفقات المادة والطاقة التي توازن حقا الدورات الأولية على الأرض يتم تنظيمها إلى حد كبير من خلال الأنشطة الجماعية للأنواع الميكروبية. نظرا لأننا ندفع الآن كنوع بأنفسنا بنفس القوة في بعض دورات الطاقة والمادة ، خذ ثاني أكسيد الكربون2 في الغلاف الجوي على سبيل المثال ، يصبح من المهم أكثر فأكثر فهم ديناميكيات وتفاصيل كيفية حدوث التوازن الطبيعي حيث اشترينا ذلك بأنفسنا ونبدأ في التفكير في طرق يمكننا من خلالها العيش بشكل أكثر توازنا مع دورات المادة والطاقة ، على كوكبنا. لذا فأنا أعتقد أن بعضا من هذا النوع من التأسيسات، ما يبدو وكأنه اختزال للعلم، سينتهي به الأمر إلى التطور من خلال علم الميتاجينوميات وبعض هذه التقنيات الأخرى التي تحدثت عنها والنظرية إلى علم أكثر شمولية من حيث فهم الأنظمة المعقدة، وليس فقط على مستوى الخلية، ولكن على مستوى كوكبنا.

وهكذا حقا الآن مع بعض هذه التقنيات التي أظهرناها لكم في المختبر ، وأين يوجد المجال الآن ، نحن فقط نتخذ الخطوات الأولى الصغيرة. لكنني أعتقد أنه يمكننا أن نبدأ في رؤية ، كما تعلمون ، لمحات صغيرة عن المكان الذي قد يتجه إليه هذا. وسيكون الأمر مثيرا إذا تمكنا من معرفة كيفية تنسيقه لأنه يتطلب مهارات مجموعة واسعة من التقنيين والمنظرين وعلماء الرياضيات والمهندسين لمحاولة تجميعها معا.

لذا فهي أوقات مثيرة للاهتمام ولا بد أن تصبح أكثر إثارة للاهتمام في هذه المرحلة.